A Study on Routing/Transport ProtocolsA Study on Routing/Transport Protocolson Ad Hoc Networkson Ad Hoc Networks

for High-speed Data Servicefor High-speed Data Serviceアドホックネットワークにおけるアドホックネットワークにおける

高速データ通信プロトコルに関する研究高速データ通信プロトコルに関する研究

山本 貴之大阪大学 大学院基礎工学研究科

情報数理系専攻 村田研究室 博士前期課程

Feb. 19 2002 修士論文発表会 2

発表内容発表内容

無線アドホックネットワークとはシステム概要

フレキシブル無線ネットワークに関する研究プロトコルの評価と、性能向上のための提案

TCP を用いたエンドホスト間通信に関する研究生存時間の短い TCP コネクション向けのルーティング手法の提案これまで提案されたルーティング手法との比較

まとめと後期課程での研究計画

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無線アドホックネットワーク無線アドホックネットワークとはとは

パケット中継機能を備えた複数台の無線端末によって構成されるマルチホップネットワーク端末の追加、削除、移動に対応

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システムの特徴システムの特徴

- 利点 -設置、撤去が簡単で素早く行える既設のインフラストラクチャに依存しない（協調動作させることも可能）

- 問題点 -ルーティングに必要なリソースが大きい有線ネットワークに比べてパケットロス率が高い

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フレキシブル無線ネットフレキシブル無線ネットワークワーク

㈱富士電機により開発された情報収集システム信頼性を高めることを主眼に置いた独自のプロトコルアプリケーション適用例

プラントの電力消費量の収集自動販売機の売上集計スキーリフトのゲートからのデータ集計

http://www.fujielectric.co.jp/

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システム概要システム概要

隣接端末との経路表交換による経路探索（ Proactive routing protocol ）目標端末に対して複数の経路を管理中継エコー方式により、ホップごとのパケット受領確認と再送制御を行う無線チャネルは固定時間でスロットに分割されるパケットにはスロット単位の最大生存時間が設定される

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性能向上手法の提案性能向上手法の提案

適切な最大生存時間を設定する手法送信元端末でパケット最大生存時間を設定する際パケットごとに目標ノードまでのホップ数を考慮するシミュレーションでは一例として計算式 L(h)=6h+12 を用いて評価を行う

パケット複製の原因となる、パケット衝突を抑える手法

パケット再送までの時間をランダムに決定する生存時間が足りなくなると予想されるパケットを棄却する

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性能向上手法を適用した時性能向上手法を適用した時ののパケットロス率パケットロス率

パケットロス率 = 目標ノードに届かなかったパケットの割合Load = １スロットあたり発生する平均パケット数L(h) = パケット最大生存時間

Feb. 19 2002 修士論文発表会 9

TCP on Ad Hoc NetworksTCP on Ad Hoc Networks

アドホックネットワーク上のトランスポート層プロトコルとして TCP が使用される

無線アドホックネットワークと有線ネットワークの統合センサネットワークへの適用

これまで行われてきた研究のアプローチ長時間続く TCP コネクションの定常状態を対象とし、スループットで性能評価を行う

本研究のアプローチ生存時間の短い TCP コネクションを対象とする有線ネットワークとの統合を考えると、 TCP に変更を加える性能向上手法は適用しにくいルーティングプロトコルの改善による性能向上

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既存のルーティングプロト既存のルーティングプロトコルに対する考察コルに対する考察

Proactive protocol隣接端末との経路表交換による経路探索

既知の経路は素早く探索可能端末数が増えるとオーバーヘッドが増大するリンク切断時に素早く新しい経路を探索できない

On-demand protocolブロードキャストパケットによる経路問い合わせ

最適な経路を発見する可能性が高いリンク切断に対して再度経路探索が可能経路探索のため、コネクション確立に時間がかかる

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提案提案

LHR (Low-latency Hybrid Routing protocol)

短生存時間 TCP コネクションに適したルーティング手法送信データが少量の場合、ルーティングのための遅延がコネクション時間全体に占める割合が大きくなる

ルーティング遅延を小さくすることで、 TCP コネクションの確立・データ転送を素早く行い、性能を向上させる

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初期経路探索初期経路探索RREQ (Route Request) メッセージと RREP (Route Reply) メッセージによるオンデマンド経路探索

RREQ broadcastS

D

RREP broadcast

S

D

TCP SYN TCP SYN

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経路探索とコネクション確経路探索とコネクション確立立の統合の統合

経路探索とコネクション確立を統合した方式でのTCP コネクション確立までの流れ

(2) RREP with TCP SYN+ACK broadcast

(2) RREP with TCP SYN+ACK broadcast

(1) RREQ with TCP SYN broadcast

(1) RREQ with TCP SYN broadcast

S

1. RREQ with TCP SYN 送信 (src.)

D

2. RREP with TCP SYN+ACK 送信 (dst.)

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リンク切断からの素早い回リンク切断からの素早い回復復

使用中のリンクが途中で切れた場合、素早く別経路で回復できなければならない

複数経路を管理し、素早く別経路に切り替える代替経路が無い場合、ブロードキャストで経路探索を開始する

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プロトコル性能評価環境プロトコル性能評価環境ネットワークシミュレータ ns-2 を使用500m x 2000m のフィールド、 50ノード端末移動は最大 0, 5, 20 m/sec の random waypoint modelTCP コネクション開始要求は平均5本 / sec のポアソン分布に従って発生する各コネクションのデータ量は、最大 10パケットまで比較対象のルーティング手法

Proactive protocol (DSDV) On-demand protocol (DSR)

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評価結果評価結果端末移動 なし端末移動 なし 端末移動最大速度 20m/sec端末移動最大速度 20m/sec

横軸：コネクション確立時間縦軸：時間内に確立できたコネクションの累積度数分布

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まとめまとめアドホックネットワークの性能評価と性能向上手法の提案商用システム「フレキシブル無線ネットワーク」を対象とした評価と性能向上手法の提案

システムパラメータ（パケット最大生存時間）とネットワーク性能の関係に注目提案手法がネットワーク性能を向上できることを示した

センサネットワーク等を対象とした、短生存時間 TCP コネクションに適したルーティング手法 LHR の提案

アドホックネットワーク特有のルーティング遅延の低減により素早いコネクション確立と、リンク切断時の経路再構築を実現様々なネットワーク環境下で比較対象としたプロトコルよりも多くのコネクションを短時間で確立できることを示した

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後期課程での研究計画後期課程での研究計画

モバイル環境を対象としたピアツーピア情報共有基盤

インフラストラクチャとしてアドホックネットワークを適用モバイルデバイスからの情報発信有線ネットワークからモバイル環境上の資源へのアクセス

データリンク、ルーティングプロトコル位置登録、資源登録、資源探索、ゲート

ウェイアプリケーション

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後期課程での研究計画後期課程での研究計画

資源名による経路探索

資源名による経路探索

集団移動を考慮した経路制御や

ゲートウェイ設定

集団移動を考慮した経路制御や

ゲートウェイ設定

資源のキャッシュクラスタヘッド選定資源のキャッシュ

クラスタヘッド選定

有線ネットワークとの統合

有線ネットワークとの統合